JP7247357B2 - motor controller - Google Patents
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Description
本出願は、2019年9月24日に出願された日本国特許出願第2019-173390号に基づく優先権を主張する。その出願の全ての内容は、この明細書中に参照により援用されている。本明細書は、モータ制御装置に関する技術を開示する。 This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2019-173390 filed on September 24, 2019. The entire contents of that application are incorporated herein by reference. This specification discloses a technique related to a motor control device.
特開2018-58143号公報(以下、特許文献1と称する)に、三相インバータを備えたモータを駆動するモータ駆動装置が開示されている。三相インバータは、U相トランジスタ対(トランジスタUH,UL)と、V相トランジスタ対(トランジスタVH,VL)と、W相トランジスタ対(トランジスタWH,WL)を備えている。各トランジスタ対は、電源に接続されており、トランジスタ対同士は並列に接続されている。トランジスタUH,VH,WHが高電圧側に接続され、トランジスタUL,VL,WLが低電圧側に接続されている。 Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2018-58143 (hereinafter referred to as Patent Document 1) discloses a motor drive device that drives a motor having a three-phase inverter. The three-phase inverter includes a U-phase transistor pair (transistors UH, UL), a V-phase transistor pair (transistors VH, VL), and a W-phase transistor pair (transistors WH, WL). Each transistor pair is connected to a power supply, and the transistor pairs are connected in parallel. Transistors UH, VH, WH are connected to the high voltage side and transistors UL, VL, WL are connected to the low voltage side.
特許文献1では、例えばトランジスタUHとトランジスタVLがオンしているときに、トランジスタUHとトランジスタVLの一方(具体的にはトランジスタUH)を、デューティ比に基づいてスイッチングする(以下、PWM制御という)。また、特許文献1では、トランジスタUHがオフしている間に、トランジスタUHに直列接続されているトランジスタULをオンさせる(以下、相補PWM制御という)。特許文献1では、デューティ比が閾値を超えている場合(すなわち、トランジスタUHのオフ時間が短い場合)、トランジスタULをオンさせず、トランジスタULをオフ状態に維持する。すなわち、デューティ比が閾値を超えると、相補PWM制御を行わず、PWM制御のみを行う。
In
特許文献1では、デューティ比が閾値を超えたときに相補PWM制御を停止することにより、U相トランジスタ対(トランジスタUH,UL)の双方が同時にオンすることを防止している。しかしながら、相補PWM制御を停止すると、各トランジスタの発熱量が増大し、発熱に対策するための構造、装置等を設けることが必要となる。各トランジスタの発熱を抑制することができれば、発熱に対策するための構造、装置等を省略(あるいは、簡素化)することができ、大きな利点が得られる。本明細書は、インバータを構成しているトランジスタの発熱を抑制し得るモータ駆動装置を実現する技術を提供する。
In
本明細書で開示する第1技術は、インバータに接続されるモータを駆動するモータ制御装置である。インバータは、電源の高圧側に接続される上アーム素子と電源の低圧側に接続される下アーム素子とが直列に接続されたスイッチング素子対を複数個有していてよい。このモータ制御装置では、モータに通電するためにオン選択された上アーム素子と下アーム素子の一方の第1素子をデューティ比に基づいてスイッチングするPWM制御を行ってよい。また、モータ制御装置は、第1素子に直列に接続されている第2素子が第1素子のオフ期間に所定時間オンする相補PWM制御を行うように、第2素子をスイッチングさせるデューティ指令値を決定し、決定したデューティ指令値が閾値以下の場合は相補PWM制御を行ってよい。さらに、決定したデューティ指令値が閾値より大きい場合は、第1素子に対し、複数のキャリア周期に亘ってオンし続ける第1期間と、第1期間でオフしない分長くオフする修正デューティ比を実行する第2期間とを設けるとともに、第1期間と第2期間の合計期間における平均デューティ比が設定されたデューティ比と同一である平均PWM制御を行い、第2期間において第1素子がオフしている間に第2素子をオンさせてよい。 A first technique disclosed in this specification is a motor control device that drives a motor connected to an inverter. The inverter may have a plurality of switching element pairs in which an upper arm element connected to the high voltage side of the power supply and a lower arm element connected to the low voltage side of the power supply are connected in series. In this motor control device, PWM control may be performed to switch the first element, which is one of the upper arm element and the lower arm element, which is selected to be ON to energize the motor, based on the duty ratio. Further, the motor control device sets a duty command value for switching the second element so that the second element connected in series with the first element performs complementary PWM control in which the second element is turned on for a predetermined time during the off period of the first element. Complementary PWM control may be performed when the determined duty command value is equal to or less than the threshold value. Furthermore, if the determined duty command value is greater than the threshold, the first element is kept ON over a plurality of carrier cycles, and the corrected duty ratio is executed so that the first element is turned OFF longer than the first period. In addition, average PWM control is performed in which the average duty ratio in the total period of the first period and the second period is the same as the set duty ratio, and the first element is turned off in the second period. The second element may be turned on while the
本明細書で開示する第2技術は、上記第1技術のモータ制御装置であり、修正デューティ比が閾値より小さいときは、モータを駆動している期間全体に亘って平均PWM制御を行い、修正デューティ比が閾値以上のときは、オン選択された上アーム素子と下アーム素子のうちの第1素子とは異なる第3素子がオフするまでの期間は平均PWM制御を行い、第3素子がオフしてから第1素子がオフするまでの期間はデューティ比100%で制御を行ってよい。 The second technology disclosed in the present specification is the motor control device of the first technology, and when the corrected duty ratio is smaller than the threshold, the average PWM control is performed over the entire period in which the motor is driven, and the corrected When the duty ratio is equal to or greater than the threshold value, the average PWM control is performed until the third element, which is different from the first element among the upper arm element and the lower arm element selected to be on, is turned off, and the third element is turned off. Control may be performed with a duty ratio of 100% during the period from when the first element is turned off.
本明細書で開示する第3技術は、上記第1または2技術のモータ制御装置であり、修正デューティ比を設定するときに、第1期間がnキャリア周期に亘っているときの第2期間の第n修正デューティ比と閾値を比較し、第n修正デューティ比が閾値より大きいときは、第1期間がn+1キャリア周期に亘っているときの第2期間の第n+1修正デューティ比を算出することを繰り返してよい(n≧2,nは整数)。 A third technique disclosed in this specification is the motor control device of the first or second technique, wherein when the modified duty ratio is set, the second period when the first period spans n carrier periods Comparing the nth corrected duty ratio with a threshold, and calculating the n+1th corrected duty ratio for the second period when the first period spans n+1 carrier periods when the nth corrected duty ratio is greater than the threshold. It may be repeated (n≧2, n is an integer).
第1技術によると、第1素子のデューティ比が従来は相補PWM制御を行うことができない程に大きい場合であっても、相補PWM制御を行うことができる。具体的には、相補PWM制御を行う場合、第1素子と第2素子(例えばトランジスタUH,UL)が同時にオンすることを防止するため、第1素子がオフしている期間のうち、オフ直後と、次のオンの直前は第2素子をオンさせない。すなわち、第1素子と第2素子の両者がオフする期間(デッドタイム)を設けることが必要となる。従来は、第1素子のデューティ比が大きくなる(閾値を超える)と、デッドタイムを確保することができなくなるので、相補PWM制御を行わず、PWM制御のみを行っていた。 According to the first technique, complementary PWM control can be performed even when the duty ratio of the first element is so large that conventional complementary PWM control cannot be performed. Specifically, when performing complementary PWM control, in order to prevent the first element and the second element (for example, the transistors UH and UL) from being turned on at the same time, the first element is turned off immediately after turning off. Then, the second element is not turned on immediately before the next turn on. That is, it is necessary to provide a period (dead time) during which both the first element and the second element are turned off. Conventionally, when the duty ratio of the first element increases (exceeds the threshold value), the dead time cannot be ensured, so only PWM control is performed without performing complementary PWM control.
第1技術によると、第1素子のオン時間とオフ時間の比率(デューティ比)は変えず、1度にオンする時間を長くし(第1期間で本来の数キャリア周期分オンし続け)、第2期間においてオフする時間を長くする。すなわち、第1素子を平均PWM制御でスイッチングする。その結果、第1素子のデューティ比が本来は相補PWM制御を行えないような大きな値であっても、第1素子のオフ時間が長く確保され、第2素子は相補PWM制御でスイッチングすることができる。すなわち、平均PWM制御期間のうちの第2期間に相補PWM制御を行うことにより、従来よりも第1素子のデューティ比が大きい範囲まで相補PWM制御を行うことができる。その結果、従来と比較して、トランジスタの発熱を抑制することができる。なお、デューティ指令値とは、第1素子がオンしたタイミングから第2素子がオンするタイミングまでの時間である。第1素子のデューティ比が大きくなると、第1素子がオンしてからオフするまでの時間が長くなり、デューティ指令値も大きくなる。以下、平均PWM制御期間のうちの第2期間に相補PWM制御を行う制御を、相補平均PWM制御という。 According to the first technique, the ratio (duty ratio) between the ON time and the OFF time of the first element is not changed, and the ON time is lengthened at one time (continues to be ON for several original carrier cycles in the first period), The off time is lengthened in the second period. That is, the first element is switched by average PWM control. As a result, even if the duty ratio of the first element is such a large value that the complementary PWM control cannot be performed, the off time of the first element is ensured long, and the second element can be switched by the complementary PWM control. can. That is, by performing complementary PWM control in the second period of the average PWM control period, complementary PWM control can be performed to a range in which the duty ratio of the first element is larger than in the conventional case. As a result, heat generation of the transistor can be suppressed as compared with the conventional art. Note that the duty command value is the time from the timing when the first element is turned on to the timing when the second element is turned on. As the duty ratio of the first element increases, the time from when the first element is turned on to when it is turned off increases, and the duty command value also increases. Hereinafter, control in which complementary PWM control is performed during the second period of the average PWM control period will be referred to as complementary average PWM control.
第2技術によると、トランジスタのスイッチング頻度を少なくすることができる。トランジスタのスイッチング損失が低減して発熱を抑制することができるとともに、モータを流れる電流がハンチングすることを抑制することもできる。 According to the second technique, the frequency of transistor switching can be reduced. The switching loss of the transistor is reduced, heat generation can be suppressed, and hunting of the current flowing through the motor can be suppressed.
第3技術によると、第1期間(第1素子がオンし続ける期間)を過大にすることなく、相補平均PWM制御を行うことができる。換言すると、相補平均PWM制御を行うことができる最短の第1期間を設定することができる。 According to the third technique, complementary average PWM control can be performed without excessively increasing the first period (the period during which the first element remains on). In other words, it is possible to set the shortest first period during which complementary average PWM control can be performed.
(インバータ)
図1を参照し、インバータ100について説明する。インバータ100は、モータMに接続され、モータMに対して駆動電流を供給する。インバータ100は、電源12と、電源12の周波数を変化させるインバータ回路5と、インバータ回路5を構成するトランジスタ(UH,UL,VH,VL,WH,WL)のオンオフを切換える(スイッチングする)ゲート制御回路8と、ゲート制御回路8を制御するモータ制御装置10を備えている。ゲート制御回路8及びモータ制御装置10は、電源12に接続されている。なお、図示は省略するが、モータ制御装置10は、CPU及びメモリを備えている。また、モータ制御装置10には、モータMのロータ位置を検出する回路、モータMに流れている電流を検出する回路等からの信号が入力される。(inverter)
The
インバータ100は三相インバータであり、インバータ回路5は3個のスイッチング素子対(U相スイッチング素子対6,V相スイッチング素子対4,W相スイッチング素子対2)を含んでいる。なお、インバータ回路5は、ブリッジ回路と呼ばれることもある。各スイッチング素子対2,4,6は電源12に接続されており、スイッチング素子対2,4,6同士は並列に接続されている。各スイッチング素子対2,4,6は、電源12の高圧側に接続されている上アーム素子(トランジスタUH,VH,WH)と、上アーム素子と直列に接続されており、電源12の低圧側に接続されている下アーム素子(トランジスタUL,VL,WL)を備えている。
トランジスタUHとトランジスタULが直列に接続されており、トランジスタVHとトランジスタVLが直列に接続されており、トランジスタWHとトランジスタWLが直列に接続されている。上アーム素子と下アーム素子の間に、3個の配線14,16,18が接続されている。配線14,16,18は、モータMの端子に接続されている。具体的には、配線14がトランジスタUHとトランジスタULの中間部分に接続されており、配線16がトランジスタVHとトランジスタVLの中間部分に接続されており、配線18がトランジスタWHとトランジスタWLの中間部分に接続されている。モータ制御装置10は、トランジスタUH,VH,WH,UL,VL,WLをスイッチングし、配線14,16,18に流れる電流を変化させることによってモータMを駆動する。なお、各トランジスタUH,VH,WH,UL,VL,WLのゲートは、ゲート配線(図示省略)を介してゲート制御回路8に接続されている。
A transistor UH and a transistor UL are connected in series, a transistor VH and a transistor VL are connected in series, and a transistor WH and a transistor WL are connected in series. Three
(インバータ回路のスイッチング状態)
図2を参照し、モータMを駆動するときの、各トランジスタのスイッチング状態について説明する。タイミングテーブル20は、モータMの回転角(ロータの位相)と各トランジスタのスイッチング状態(オンオフ状態)を示している。モータMを駆動する際、モータ制御装置10は、ゲート制御回路8を制御し、上アーム素子(トランジスタUH,VH,WH)のうちの1個をオン選択し、オン選択された上アーム素子と直列に接続されていない下アーム素子(トランジスタUL,VL,WL)のうちの1個をオン選択し、モータMに電流を供給する。例えば、回転角0~60度の間はトランジスタUHとトランジスタVLをオン選択し、回転角60~120度の間はトランジスタUHとトランジスタWLをオン選択し、回転角120~180度の間はトランジスタVHとトランジスタWLをオン選択する。各トランジスタは、モータM(ロータ)が120度回転する間オンし続け、モータMが60度回転する毎に上アーム素子と下アーム素子の組合せが変わる。(switching state of the inverter circuit)
The switching state of each transistor when driving the motor M will now be described with reference to FIG. The timing table 20 indicates the rotation angle (rotor phase) of the motor M and the switching state (on/off state) of each transistor. When driving the motor M, the
モータ制御装置10は、例えば、回転角0~60度の間、トランジスタUHをデューティ比に基づいてスイッチングし、モータMの回転数を調整する。但し、トランジスタVLは、回転角0~60度の間、オン状態を維持させる。回転角0~60度の間、トランジスタUHは第1素子の一例である。回転角60~360度の間も、モータ制御装置10は、オン選択された2個のトランジスタのうちの一方のトランジスタを、デューティ比に基づいてスイッチングさせる。すなわち、モータ制御装置10は、PWM制御を行い、モータMの回転数を調整する。図2には、デューティ比に基づいてスイッチングするトランジスタ(PWM制御で駆動するトランジスタ)について、PWM制御で駆動する期間が「D1」で示されている。「D1」が付されているトランジスタは何れも、「D1」が付されている期間(回転角)における第1素子の一例である。
The
モータ制御装置10は、さらに、デューティ比に基づいてスイッチングするトランジスタ(第1素子)に直列に接続されているトランジスタ(回転角0~60度の場合、トランジスタUL)を、第1素子がオフしてる間、所定時間オンさせる。回転角0~60度において、トランジスタULが第2素子の一例である。モータ制御装置10は、モータMの駆動中、相補PWM制御を行うように各トランジスタを制御する。図2には、各回転角における第2素子及び第2素子が相補PWM制御を行う期間が「D2」で示されている。なお、モータ制御装置10は、常に相補PWM制御を行う訳ではない。第1素子のデューティ比によって、相補PWM制御、及び/又は、PWM制御を行わないこともある。モータ制御装置10が相補PWM制御,PWM制御を行う条件については後述する。
The
(相補PWM制御の説明)
図3は、回転角0~60度におけるトランジスタUH(第1素子)とトランジスタUL(第2素子)のスイッチング状態(タイミングテーブルの一部)を示している。図3の(a)~(c)は、トランジスタUHのデューティ比が異なる。なお、図3では、回転角0~60度におけるトランジスタUH,ULのスイッチング状態の一部を示している。実際は、回転角0~60度の間に、図3に示す波形が繰り返し多数出現する。(a)に示すタイミングテーブル30では、トランジスタUHは時間T1オンした後に時間T2オフする動作を繰り返す。すなわち、トランジスタUHのデューティ比は「時間T1/(時間T1+時間T2)×100%」である。トランジスタULは、トランジスタUHがオフしてから時間b0後にオンし、時間a0オンした後(トランジスタUHがオンする時間b0前)にオフする。すなわち、トランジスタUHとトランジスタULが同時にオンする状態を避けるため、両者がオフしている期間(時間b0)を設ける。時間b0はデッドタイムと呼ばれる。(Description of complementary PWM control)
FIG. 3 shows the switching states (part of the timing table) of the transistor UH (first element) and the transistor UL (second element) at rotation angles of 0 to 60 degrees. 3A to 3C differ in the duty ratio of the transistor UH. Note that FIG. 3 shows part of the switching states of the transistors UH and UL at rotation angles of 0 to 60 degrees. Actually, the waveform shown in FIG. 3 appears repeatedly between 0 and 60 degrees of rotation. In the timing table 30 shown in (a), the transistor UH repeats the operation of being turned on for time T1 and then turned off for time T2. That is, the duty ratio of the transistor UH is "time T1/(time T1+time T2)×100%". The transistor UL is turned on after the time b0 after the transistor UH is turned off, and turned off after the time a0 (before the time b0 when the transistor UH is turned on). That is, in order to avoid a state in which the transistor UH and the transistor UL are turned on at the same time, a period (time b0) during which both are turned off is provided. Time b0 is called dead time.
(b)に示すタイミングテーブル40では、タイミングテーブル30と比較して、トランジスタUHのデューティ比が「時間T11/(時間T11+時間T12)×100%」に増大している。なお、トランジスタUHのデューティ比が増大しても、デッドタイム(時間b0)は変わらない。そのため、タイミングテーブル30におけるトランジスタULのオン時間(時間a0)と比較して、オン時間(時間a1)が短くなる。なお、トランジスタUHのデューティ比が増大すると、トランジスタUHがオンしてからトランジスタULがオンするまでの時間も長くなる。モータ制御装置10は、トランジスタUHのデューティ比と、デッドタイムの長さに基づき、トランジスタULをオンさせるタイミング(デューティ指令値)を決定する。トランジスタUHのデューティ比が増大すると、トランジスタULに対するデューティ指令値も増大する。タイミングテーブル30,40では、トランジスタUHはPWM制御で駆動され、トランジスタULは相補PWM制御で駆動される。
In the timing table 40 shown in (b), compared with the timing table 30, the duty ratio of the transistor UH is increased to "time T11/(time T11+time T12)×100%". Note that the dead time (time b0) does not change even if the duty ratio of the transistor UH increases. Therefore, the on-time (time a1) of the transistor UL in the timing table 30 is shorter than the on-time (time a0). Note that when the duty ratio of the transistor UH increases, the time from turning on the transistor UH to turning on the transistor UL also increases. The
(c)タイミングテーブル50では、トランジスタUHのデューティ比がさらに増大し、トランジスタUHのオフ時間(時間T22)がデッドタイム以下になっている(時間T22≦2×b0)。そのため、トランジスタUHのデューティ比が「時間T21/(時間T21+時間T22)×100%」まで増大すると、このままでは、トランジスタUHがオフしている期間(時間T22)にトランジスタULをオンさせることができない。すなわち、従来のモータ制御装置では、トランジスタUHのデューティ比が大きくなり過ぎると、相補PWM制御を行うことができなくなる。しかしながら、モータ制御装置10は、トランジスタUHのデューティ比が「(時間T21/(時間T21+時間T22)×100%」まで増大しても、タイミングテーブル50を変更し、相補PWM制御を行う。以下、タイミングテーブル50のように、トランジスタUHのデューティ比が大きくなり過ぎたときにモータ制御装置10が行う制御について説明する。
(c) In the timing table 50, the duty ratio of the transistor UH is further increased, and the OFF time (time T22) of the transistor UH is equal to or less than the dead time (time T22≦2×b0). Therefore, if the duty ratio of the transistor UH increases to "time T21/(time T21+time T22)×100%", the transistor UL cannot be turned on during the period (time T22) when the transistor UH is off. . That is, in the conventional motor control device, complementary PWM control cannot be performed when the duty ratio of the transistor UH becomes too large. However, even if the duty ratio of the transistor UH increases to "(time T21/(time T21+time T22)×100%", the
(モータ制御装置10が行う制御)
図4から図6を参照し、トランジスタUHのデューティ比がタイミングテーブル50のように増大したときにモータ制御装置10が行う制御について説明する。図4は、タイミングテーブル50の一部であり、図3(c)より多くのサイクル周期を示している。なお、図4から図6では、モータ制御装置10が行う制御を明瞭に説明するため、トランジスタUHのオフ時間(時間T22)を実際より広く示している。図4に示すように、モータ制御装置10は、トランジスタUHのデューティ比及びデッドタイムに基づき、トランジスタULをオンさせるためのデューティ指令値A1を決定する。しかしながら、トランジスタUHのデューティ比が大きく、デューティ指令値A1が予め設定した閾値より大きくなるので、トランジスタULをオンさせることができない。なお、「閾値」は、トランジスタULをオンさせることができなくなるデューティ指令値A1よりも僅かに小さい値が設定されている。(Control performed by motor control device 10)
Control performed by the
モータ制御装置10は、デューティ指令値A1が予め設定した閾値より大きい場合、トランジスタUHのスイッチングタイミングを変更する処理を行う。図5及び図6に、トランジスタUHのスイッチングタイミングを変更したタイミングテーブル50a,タイミングテーブル50bが示されている。なお、モータ制御装置10は、タイミングテーブル30のようにトランジスタUHのデューティ比が小さく、デューティ指令値A1が設定された閾値未満の場合は、トランジスタUHのスイッチングタイミングを変更することなく、相補PWM制御を行う(図2のタイミングテーブル20も参照)。
When the duty command value A1 is greater than a preset threshold value, the
図5に示すタイミングテーブル50aは、トランジスタUHを時間T21の2倍オンした後、時間T22の2倍オフする制御を示している。すなわち、タイミングテーブル50aでは、トランジスタUHを、タイミングテーブル50に示す2キャリア周期分連造してオンした後、2キャリア周期分連続してオフする(図4も参照)。換言すると、タイミングテーブル50aは、トランジスタUHが第1期間C1オンし続け(トランジスタUHをデューティ比100%で駆動し)、第2期間C2では第1期間C1でオフしなかった分だけタイミングテーブル50よりも長くオフする修正デューティ比でトランジスタUHを駆動する。 The timing table 50a shown in FIG. 5 indicates control to turn on the transistor UH twice as long as the time T21 and then turn it off twice as long as the time T22. That is, in the timing table 50a, the transistor UH is continuously turned on for two carrier cycles shown in the timing table 50 and then turned off continuously for two carrier cycles (see also FIG. 4). In other words, in the timing table 50a, the transistor UH continues to be on during the first period C1 (the transistor UH is driven at a duty ratio of 100%), and in the second period C2, the timing table 50 is kept on by the amount that was not turned off in the first period C1. Drive transistor UH with a modified duty ratio that is off longer than .
タイミングテーブル50aでは、第1期間C1の長さ(第1期間C1のキャリア周期)は、デューティ指令値A1の値と同一である。また、第2期間C2のデューティ比(修正デューティ比)は、(2×A1-100)%である。なお、上述したように、タイミングテーブル50aによる制御では、トランジスタUHを2キャリア周期分連続してオンした後、トランジスタUHを2キャリア周期分連続してオフしているだけなので、第1期間C1と第2期間C2の合計期間におけるトランジスタUHの平均デューティ比は、タイミングテーブル50におけるトランジスタUHのデューティ比と同一である。以下、平均デューティ比を設定された(本来の)デューティ比と同一に維持したまま、トランジスタULを第1期間C1と第2期間C2で異なるデューティ比で駆動する制御を、相補平均PWM制御と呼ぶ。 In the timing table 50a, the length of the first period C1 (the carrier cycle of the first period C1) is the same as the value of the duty command value A1. Also, the duty ratio (corrected duty ratio) of the second period C2 is (2×A1−100)%. As described above, in the control by the timing table 50a, the transistor UH is turned on continuously for two carrier cycles and then turned off continuously for two carrier cycles. The average duty ratio of the transistor UH in the total period of the second period C2 is the same as the duty ratio of the transistor UH in the timing table 50. FIG. Hereinafter, the control in which the transistor UL is driven with different duty ratios in the first period C1 and the second period C2 while maintaining the same average duty ratio as the set (original) duty ratio is referred to as complementary average PWM control. .
図6に示すタイミングテーブル50bは、トランジスタUHを時間T21の3倍オンした後、時間T22の3倍オフする制御を示している。タイミングテーブル50bでは、第1期間C1の長さが「2×A1」であり、第2期間C2のデューティ比が(3×A1-2×100)%である。なお、モータ制御装置10は、デューティ指令値A1の値に応じて、トランジスタUHを時間T21のn倍(n>3,nは整数)オンした後、時間T22のn倍オフする制御を行うこともできる。
The timing table 50b shown in FIG. 6 shows control to turn off the transistor UH three times the time T22 after turning it on three times the time T21. In the timing table 50b, the length of the first period C1 is "2*A1" and the duty ratio of the second period C2 is (3*A1-2*100)%. Note that the
図5及び図6に示すように、タイミングテーブル50a,50bでは、第2期間C2におけるトランジスタUHのオフ時間が、タイミングテーブル50よりも長くなっている。そのため、トランジスタULは、デッドタイムを確保しながら、トランジスタUHがオフしている期間にオンすることができる。モータ制御装置10は、デューティ指令値A1が予め設定した閾値より大きい場合、トランジスタUHを平均PWM制御で駆動し、十分なオフ期間を確保してトランジスタULをオンさせる(トランジスタULを相補PWM制御で駆動する)。以下、上アーム素子(トランジスタUH)を平均PWM制御で駆動することによって下アーム素子(トランジスタUL)を相補PWM制御で駆動する制御を、相補平均PWM制御と呼ぶ。モータ制御装置10は、従来は相補PWM制御を行うことができない程トランジスタUHのデューティ比が大きい場合であっても、トランジスタUHを平均PWM制御で駆動することにより、トランジスタULを相補PWM制御(相補平均PWM制御)で駆動することを実現している。
As shown in FIGS. 5 and 6, in the timing tables 50a and 50b, the off time of the transistor UH in the second period C2 is longer than in the timing table 50. As shown in FIGS. Therefore, the transistor UL can be turned on while the transistor UH is off while ensuring dead time. When the duty command value A1 is greater than a preset threshold value, the
図7及び図8は、相補平均PWM制御が行われるときのモータMの回転角(ロータの位相)と各トランジスタのスイッチング状態(オンオフ状態)を示している(タイミングテーブル60,70)。タイミングテーブル60,70には、平均PWM制御で駆動するトランジスタについて、平均PWM制御で駆動する期間が「D51」で示されている。また、相補PWM制御(相補平均PWM制御)で駆動するトランジスタについて、相補PWM制御(相補平均PWM制御)で駆動する期間が「D52」で示されている。図7に示すタイミングテーブル60ように、モータ制御装置10では、平均PWM制御と相補平均PWM制御を用いることにより、PWM制御するトランジスタのデューティ比が小さく、デューティ指令値A1が設定された閾値未満の場合と同様のトランジスタ及び期間、トランジスタをスイッチングすることができる(図2を比較参照)。
7 and 8 show the rotation angle (rotor phase) of the motor M and the switching state (on/off state) of each transistor when complementary average PWM control is performed (timing tables 60 and 70). In the timing tables 60 and 70, "D51" indicates the period during which the transistors driven by the average PWM control are driven by the average PWM control. Also, for the transistor driven by complementary PWM control (complementary average PWM control), the period during which it is driven by complementary PWM control (complementary average PWM control) is indicated by "D52". As shown in the timing table 60 shown in FIG. 7, the
なお、図8に示すタイミングテーブル70のように、モータ制御装置10は、トランジスタを平均PWM制御で駆動する(すなわち、相補平均PWM制御を行う)期間と、PWM制御(平均PWM制御)が行われる対象のトランジスタをデューティ比100%で駆動する(すなわち、PWM制御を行わない)期間を交互に設ける場合もある。例えば、回転角0~120度において、オン選択されたトランジスタUHとトランジスタVLのうち、平均PWM制御で駆動しない方のトランジスタVLがオフするまでの期間(回転角0~60度)は、トランジスタUHを平均PWM制御で駆動する。トランジスタVLがオフしてからトランジスタUHがオフするまでの期間(回転角60~120度)は、トランジスタUHをデューティ比100%で制御する。なお、回転角0~120度では、トランジスタVLが第3素子の一例である。また、回転角120~240度ではトランジスタWLが第3素子の一例であり、回転角240~360度ではトランジスタULが第3素子の一例である。
Note that, as in the timing table 70 shown in FIG. 8, the
タイミングテーブル70は、60度毎に平均PWM制御を行う制御と、PWM制御及び平均PWM制御を行わないという制御を繰り返している。なお、詳細は後述するが、タイミングテーブル70のような制御は、オン選択されたトランジスタ(デューティ比に基づいてスイッチングするトランジスタ)のデューティ比が非常に大きい(すなわち、デューティ指令値A1が非常に大きい)ときに行われる。 The timing table 70 repeats control for performing average PWM control every 60 degrees and control for not performing PWM control and average PWM control. Although the details will be described later, in the control such as the timing table 70, the duty ratio of the transistor selected to be ON (transistor switching based on the duty ratio) is very large (that is, the duty command value A1 is very large). ) is done when
(モータ制御装置が行う演算処理)
以下、図9及び図10を参照し、モータ制御装置10で行われる演算処理についてフローチャートを参照して説明する。なお、フローチャートの説明では、説明を容易にするため、オン選択されたトランジスタがトランジスタUHとトランジスタVLである期間(回転角0~0度)について説明する。また、必要に応じて、適宜図4から図8も参照する。(Arithmetic processing performed by the motor control device)
Arithmetic processing performed by the
まず、トランジスタUHのデューティ比と相補PWM制御が行われる場合のデッドタイムに基づき、デューティ指令値A1を決定する(ステップS2,図4)。次に、デューティ指令値A1が閾値TA1より大きいか否かを判断する(ステップS4)。なお、閾値TA1は、トランジスタUHのデューティ比が相補PWM制御を行うことができなくなるデューティ比(図3(c)のような状態)よりも小さい値に基づいて設定される。デューティ指令値A1が閾値TA1以下の場合(ステップS4:NO)、デューティ指令値A1と、閾値TA1からトランジスタUHの切換ヒステリシスα1を減じた値(TA1-α1)とを比較し、デューティ指令値A1が(TA1-α1)より小さいか否かを判断する(ステップS12)。すなわち、確実にデッドタイムを確保できるか否かを判断する。 First, the duty command value A1 is determined based on the duty ratio of the transistor UH and the dead time when complementary PWM control is performed (step S2, FIG. 4). Next, it is determined whether or not the duty command value A1 is greater than the threshold value TA1 (step S4). Note that the threshold TA1 is set based on a value smaller than the duty ratio of the transistor UH at which the complementary PWM control cannot be performed (state as shown in FIG. 3C). If the duty command value A1 is equal to or less than the threshold value TA1 (step S4: NO), the duty command value A1 is compared with a value obtained by subtracting the switching hysteresis α1 of the transistor UH from the threshold value TA1 (TA1-α1), and the duty command value A1 is obtained. is smaller than (TA1-α1) (step S12). That is, it is determined whether or not the dead time can be ensured.
デューティ指令値A1が(TA1-α1)以上の場合(ステップS12:NO)、ステップS2に戻ってデューティ指令値A1を決定し、デューティ指令値A1と閾値TA1の比較を行う(ステップS4)。一方、デューティ指令値A1が(TA1-α1)未満の場合(ステップS12:YES)、通常の相補PWM制御を行う(ステップS14,図2)。 If the duty command value A1 is equal to or greater than (TA1-α1) (step S12: NO), return to step S2 to determine the duty command value A1 and compare the duty command value A1 with the threshold value TA1 (step S4). On the other hand, if the duty command value A1 is less than (TA1-α1) (step S12: YES), normal complementary PWM control is performed (step S14, FIG. 2).
デューティ指令値A1が閾値TA1より大きい場合、トランジスタUHを通常のPWM制御でスイッチングすると、トランジスタULをオンすることができない(相補PWM制御を行うことができない)。そのため、ステップS4においてデューティ指令値A1が閾値TA1より大きい場合(ステップS4:YES)、ステップS6に進み、トランジスタUHを平均PWM制御で駆動するための条件を算出する。具体的には、第2期間C2のデューティ比(修正デューティ比)C3を算出する(ステップS6)。 When the duty command value A1 is greater than the threshold value TA1, switching the transistor UH under normal PWM control fails to turn on the transistor UL (complementary PWM control cannot be performed). Therefore, if the duty command value A1 is greater than the threshold value TA1 in step S4 (step S4: YES), the process proceeds to step S6 to calculate the conditions for driving the transistor UH under average PWM control. Specifically, the duty ratio (correction duty ratio) C3 of the second period C2 is calculated (step S6).
デューティ比C3は、図10に示す手順で算出する。まず、ステップS20に示す式「C3={n×A1-(n-1)}×100」を用いて、第2期間C2のデューティ比C3を算出する。最初の演算では、「n=2」、すなわち、2キャリア周期を用いて第1期間C1と第2期間C2を形成する場合の第2期間C2のデューティ比C3を算出する(図5も参照)。次に、ステップS22に進み、デューティ比C3と閾値TA1を比較する。デューティ比C3が閾値TA1以下の場合(ステップS22:YES)、デューティ比C3を決定する(ステップS26)。 The duty ratio C3 is calculated according to the procedure shown in FIG. First, the duty ratio C3 of the second period C2 is calculated using the formula “C3={n×A1−(n−1)}×100” shown in step S20. In the first calculation, "n=2", that is, the duty ratio C3 of the second period C2 when forming the first period C1 and the second period C2 using two carrier periods is calculated (see also FIG. 5). . Next, in step S22, the duty ratio C3 and the threshold value TA1 are compared. If the duty ratio C3 is less than or equal to the threshold value TA1 (step S22: YES), the duty ratio C3 is determined (step S26).
ステップS22においてデューティ比C3が閾値TA1より大きい場合(ステップS22:NO)、ステップS24に進み、「n」の値が上限に達しているか否かを判断する。すなわち、第1期間C1と第2期間C2を形成するために用いるキャリア周期の数が、予め設定した上限数に達しているか否かを判断する。「n」の値が上限に達していない場合(ステップS24:NO)、ステップS28において「n」の値をカウントアップし(すなわち、nに「1」を足して)、ステップS20の処理に戻ってデューティ比C3を計算し、デューティ比C3と閾値TA1を比較する処理(ステップS22)を「n」の値が上限に達するまで繰り返す。 If the duty ratio C3 is greater than the threshold value TA1 in step S22 (step S22: NO), the process proceeds to step S24 to determine whether or not the value of "n" has reached the upper limit. That is, it is determined whether or not the number of carrier cycles used to form the first period C1 and the second period C2 has reached the preset upper limit number. If the value of "n" has not reached the upper limit (step S24: NO), the value of "n" is counted up in step S28 (that is, "1" is added to n), and the process returns to step S20. Then, the duty ratio C3 is calculated and the process of comparing the duty ratio C3 and the threshold value TA1 (step S22) is repeated until the value of "n" reaches the upper limit.
一方、「n」の値が上限に達している場合(ステップS24:YES)、得られているデューティ比C3が閾値TA1より大きい場合(ステップS22:NO)であっても、ステップS26に進み、デューティ比C3を決定する。例えば、トランジスタUHのデューティ比が極めて大きい場合、デューティ比C3の計算を繰り返しても、デューティ比C3が閾値TA1以下にならない場合がある。あるいは、デューティ比C3が閾値TA1以下になるまでに、多くの演算を繰り返すことが必要となる場合がある。「n」の上限を設けることにより、モータ制御装置10の負荷を低減することができる。
On the other hand, if the value of "n" has reached the upper limit (step S24: YES), even if the obtained duty ratio C3 is greater than the threshold value TA1 (step S22: NO), proceed to step S26, Determine the duty ratio C3. For example, when the duty ratio of the transistor UH is extremely large, even if the calculation of the duty ratio C3 is repeated, the duty ratio C3 may not become equal to or less than the threshold value TA1. Alternatively, many operations may need to be repeated until the duty ratio C3 becomes equal to or less than the threshold TA1. By setting the upper limit of "n", the load on the
デューティ比C3を決定した後、ステップS8に進み、決定したデューティ比C3と閾値TA1を比較する。デューティ比C3が閾値TA1以下の場合(ステップS8:YES)、ステップS10に進み、図7に示すように、モータMが駆動している期間全体に亘って平均PWM制御を行う(相補平均PWM制御を行う)。一方、デューティ比C3が閾値TA1より大きい場合(ステップS8:NO)、ステップS16に進み、図8に示すように、平均PWM制御を行う(相補平均PWM制御を行う)期間と、トランジスタUHをデューティ比100%で制御する(PWM制御を行わない)期間を交互に設ける。すなわち、デューティ指令値A1よりも小さい値となるデューティ比C3が依然として閾値TA1より大きい場合は、トランジスタのスイッチング回数を減らすため、トランジスタUHを平均PWM制御でスイッチングする期間と、トランジスタUHをデューティ比100%で制御する(PWM制御を行わない)期間を60度毎に交互に設ける。 After determining the duty ratio C3, the process proceeds to step S8 to compare the determined duty ratio C3 with the threshold value TA1. If the duty ratio C3 is equal to or less than the threshold value TA1 (step S8: YES), the process proceeds to step S10, and as shown in FIG. I do). On the other hand, if the duty ratio C3 is greater than the threshold value TA1 (step S8: NO), the process proceeds to step S16, and as shown in FIG. Periods in which control is performed at a ratio of 100% (PWM control is not performed) are provided alternately. That is, when the duty ratio C3, which is a value smaller than the duty command value A1, is still larger than the threshold value TA1, in order to reduce the number of times of transistor switching, a period during which the transistor UH is switched under average PWM control and a period during which the transistor UH is switched with a duty ratio of 100 % (PWM control is not performed) periods are provided alternately every 60 degrees.
(他の実施形態)
図9及び図10で説明したフローでは、決定したデューティ比C3と閾値TA1を比較し、「C3>TA1」の場合(ステップS8:NO)、トランジスタUHを平均PWM制御でスイッチングする期間とトランジスタUHをデューティ比100%で制御する期間を60度毎に交互に設ける例について説明した。しかしながら、図11に示すように、「C3>TA1」の場合(ステップS8:NO)、通常のPWM制御(相補PWM制御なし)を行ってもよい。(Other embodiments)
In the flow described in FIGS. 9 and 10, the determined duty ratio C3 and the threshold value TA1 are compared, and if "C3>TA1" (step S8: NO), the period during which the transistor UH is switched under average PWM control and the transistor UH is alternately provided every 60 degrees with a duty ratio of 100%. However, as shown in FIG. 11, when "C3>TA1" (step S8: NO), normal PWM control (no complementary PWM control) may be performed.
また、デューティ比C3を決定する演算を行う場合、第1期間C1と第2期間C2を形成するために用いるキャリア周期の数を限定することなく(ステップS24を実施することなく)、「C3≦TA1」を満足するまでデューティ比C3の計算を繰り返してもよい。 Further, when performing the calculation for determining the duty ratio C3, without limiting the number of carrier cycles used to form the first period C1 and the second period C2 (without performing step S24), "C3 ≤ TA1" may be repeated until the duty ratio C3 is satisfied.
上記実施例では、第1期間(第1素子をデューティ比100%で駆動する期間)の後に第2期間(第2素子を相補平均PWM制御で駆動する期間)を設ける例について説明した。しかしながら、第2期間の後に第1期間を設けてもよい。 In the above embodiment, an example was described in which the second period (period in which the second element is driven by complementary average PWM control) is provided after the first period (period in which the first element is driven with a duty ratio of 100%). However, the first period may be provided after the second period.
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, they are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. In addition, the technical elements described in this specification or in the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the techniques exemplified in this specification or drawings achieve multiple purposes at the same time, and achieving one of them has technical utility in itself.
Claims (2)
インバータは、電源の高圧側に接続される上アーム素子と電源の低圧側に接続される下アーム素子とが直列に接続されたスイッチング素子対を複数個有しており、
モータ制御装置は、
モータに通電するためにオン選択された上アーム素子と下アーム素子の一方の第1素子をデューティ比に基づいてスイッチングするPWM制御を行い、
第1素子に直列に接続されている第2素子が第1素子のオフ期間に所定時間オンする相補PWM制御を行うように、第2素子をスイッチングさせるデューティ指令値を決定し、
第1素子と第2素子が同時にオンすることを防止するためのデッドタイムを確保できる閾値を有し、
第2素子は、決定したデューティ指令値が前記閾値以下の場合に、相補PWM制御を行うようにスイッチング可能であり、
決定したデューティ指令値が前記閾値以下の場合は相補PWM制御を行い、
決定したデューティ指令値が前記閾値より大きい場合は、第1素子に対し、デューティ比に基づいて第1素子がオフするべきタイミングを超えて第1素子をオンし続ける第1期間と、第1期間でオフしない分長くオフする修正デューティ比を実行する第2期間とを設けるとともに、第1期間と第2期間の合計期間における平均デューティ比が設定されたデューティ比と同一である平均PWM制御を行い、
第2期間において第1素子がオフしている間に第2素子をオンさせ、
修正デューティ比が前記閾値より小さいときは、モータを駆動している期間全体に亘って平均PWM制御を行い、
修正デューティ比が前記閾値以上のときは、オン選択された上アーム素子と下アーム素子のうちの第1素子とは異なる第3素子がオフするまでの期間は平均PWM制御を行い、第3素子がオフしてから第1素子がオフするまでの期間はデューティ比100%で制御を行うモータ制御装置。 A motor control device for driving a motor connected to an inverter,
The inverter has a plurality of switching element pairs in which an upper arm element connected to the high voltage side of the power supply and a lower arm element connected to the low voltage side of the power supply are connected in series,
The motor control device
performing PWM control for switching the first element of one of the upper arm element and the lower arm element selected to be ON for energizing the motor based on the duty ratio;
determining a duty command value for switching the second element so that the second element connected in series with the first element performs complementary PWM control in which the second element is turned on for a predetermined time during the off period of the first element;
Having a threshold that can ensure a dead time for preventing the first element and the second element from turning on at the same time,
the second element is capable of switching to perform complementary PWM control when the determined duty command value is equal to or less than the threshold;
Complementary PWM control is performed when the determined duty command value is equal to or less than the threshold value,
When the determined duty command value is greater than the threshold, a first period in which the first element continues to be turned on beyond the timing at which the first element should be turned off based on the duty ratio, and a first period A second period is provided in which the modified duty ratio is executed to turn off longer by the amount of time that is not turned off, and average PWM control is performed in which the average duty ratio in the total period of the first period and the second period is the same as the set duty ratio. ,
turning on the second element while the first element is off in the second period;
when the modified duty ratio is smaller than the threshold, average PWM control is performed over the entire period in which the motor is driven;
When the corrected duty ratio is equal to or greater than the threshold value, the average PWM control is performed until the third element, which is different from the first element among the upper arm element and the lower arm element selected to be ON, is turned off, and the third element is turned off. A motor control device that performs control with a duty ratio of 100% during a period from when the is turned off until the first element is turned off .
修正デューティ比を設定するときに、第1期間がnキャリア周期に亘っているときの第2期間の第n修正デューティ比と前記閾値を比較し、第n修正デューティ比が前記閾値より大きいときは、第1期間がn+1キャリア周期に亘っているときの第2期間の第n+1修正デューティ比を算出することを繰り返すモータ制御装置(n≧2,nは整数)。 The motor control device according to claim 1 ,
When setting the corrected duty ratio, the n-th corrected duty ratio of the second period when the first period spans n carrier periods is compared with the threshold, and when the n-th corrected duty ratio is greater than the threshold, , a motor control device (n≧2, n is an integer) that repeats calculating the n+1th corrected duty ratio of the second period when the first period spans n+1 carrier periods.
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